Question

【題目】燃料電池具有能量利用率高、可連續使用和污染輕等優點，己成為一種發展前景十分廣闊的化學電源。氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，它可以使用不同的電解質，如酸式、堿式、熔融碳酸鹽、固體電解質等。回答以下問題：

(1)通入氧氣的一極為___________極，若電解質溶液為硫酸溶液，負極反應式為________________，若電解質溶液為KOH溶液，正極反應式為__________________ 。

(2)若將氫氣改為CH4，電解質溶液為KOH溶液，此時負極反應式為：_________________，—段時間后，電解質溶液的pH將_________________(填“升高”、“降低”或“不變”）。

(3)肼(N2H4)-空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%～30%的KOH溶液。己知N2H4燃燒產物之一為空氣中含量最高的一種氣體。

①胼-空氣燃料電池放電時：負極的電極反應式為：_____________________。

②假設使用肼-空氣燃料電池作為下圖電解過程的電源，當陰極增重1.28 g，則肼-空氣燃料電池理論上消耗標準狀況下的空氣____________L。（假設空氣中氧氣體積分數為20%)

Answer 1

【答案】 正 H2-2e-=2H+ O2+4e-+2H2O=4OH- CH4+100H+-8e-=CO32-+7H2O- 降低 N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑ 1.12

【解析】（1）燃料電池中通入氧化劑的一極為正極，故氫氧燃料電池中通入氧氣的一極為正極；H2失電子發生氧化反應，若電解質溶液為硫酸溶液，則負極反應為H2-2e-=2H+；O2得電子發生還原反應，若電解質溶液為KOH溶液，正極反應式為O2+4e-+2H2O=4OH-。

（2）若將氫氣改為CH4，CH4中則-4價C元素被氧化為+4價，電解質溶液為KOH溶液，OH-參與負極反應，此時負極反應式為：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O；總反應為：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，反應消耗OH-，—段時間后，電解質溶液的pH將降低。

（3）①肼(N2H4)-空氣堿性燃料電池，總反應為：N2H4+O2=N2+H2O，負極上N2H4失電子，氫氧根離子參與反應，生成水和氮氣，電極反應式為N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑。②電池放電時正極反應為：O2+2H2O+4e-=4OH-，以該燃料電池做電源，銅作陽極電解硫酸銅溶液時，陰極反應Cu-2e-=Cu2+，當陰極增重1.28 g時，生成0.02molCu，轉移0.04mol電子，根據電子守恒，有0.01mol氧氣反應，則需要標準狀況下空氣的體積=0.01mol×22.4Lmol-1÷20%=1.12L。